DE4110374A1

DE4110374A1 - Vorrichtung zur erfassung der winkelgeschwindigkeit, vorrichtung zur erfassung der beschleunigung und vorrichtung zur steuerung der bewegung fuer einen bewegten koerper

Info

Publication number: DE4110374A1
Application number: DE4110374A
Authority: DE
Inventors: Kousaku Shimada; Yozo Nakamura; Shigeru Horikoshi; Hayato Sugawara; Tatsuhiko Monji
Original assignee: Hitachi Automotive Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 1990-03-29
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1991-10-10
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0833408B2; US5247466A; KR910016536A; KR0159110B1; JPH03279867A; DE4110374C2

Description

Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit, Vor richtung zur Erfassung der Beschleunigung und Vorrichtung zur Steuerung der Bewegung für einen bewegten Körper Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit eines bewegten Kör pers wie etwa eines Kraftfahrzeugs, einer Videokamera oder dergleichen, eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines bewegten Körpers wie etwa eines Kraft fahrzeugs und eine Vorrichtung zur Erfassung der Be schleunigung eines bewegten Körpers.

Im Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Er fassung der Winkelgeschwindigkeit eines bewegten Körpers bekannt. Aus JP 64-16 912-A ist ein Verfahren bekannt, das ein Vibrations-Gyroskop verwendet, aus JP 64-1906-A ist ein Verfahren bekannt, das ein Lichtleitfaser-Gyroskop verwendet, aus JP 63-2 43 763-A ist ein Verfahren bekannt, das einen Gasgeschwindigkeitssensor verwendet, und aus JP 1-1 27 963-A ist ein Verfahren bekannt, das Ultraschallwel len verwendet. Ferner ist aus JP 63-2 18 866-A ein Verfah ren zur Erfassung einer Fahrzeug-Giergeschwindigkeit, die eine Art von Winkelgeschwindigkeit des Fahrzeugs dar stellt, bekannt, wobei die Radgeschwindigkeiten zur indi rekten Erfassung der Giergeschwindigkeit verwendet wer den.

Jedes der oben erwähnten, herkömmlichen Verfahren zur Er fassung der Winkelgeschwindigkeit, mit Ausnahme des Ver fahrens der JP 63-2 18 866-A, erfaßt die Winkelgeschwin digkeit auf direktem Weg. Zur Ausführung dieser Verfahren sind komplizierte Vorrichtungen erforderlich.

Die Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Gierge schwindigkeitserfassung ist einfach. Bei diesem Verfahren besteht jedoch hinsichtlich der Erfassungsgenauigkeit ein Problem, weil die durch die Straßenoberfläche und die Raddrehung gegebenen Bedingungen zur Erfassung der Radge schwindigkeit die Giergeschwindigkeits-Erfassungsergeb nisse beeinflussen.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine eine Mehrzahl von Beschleunigungssensoren verwendende Vorrichtung zur indirekten Erfassung der Winkelgeschwin digkeit eines bewegten Körpers wie etwa eines Kraftfahr zeugs und eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Bewe gung des bewegten Körpers, die die von der oben erwähnten Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit er faßte Winkelgeschwindigkeit als Rückkopplungssignal ver wendet, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vor richtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit eines bewegten Körpers, die einen ersten und einen zweiten Sen sor, die jeweils eine bestimmte Erfassungsrichtung besit zen, ein Mittel zum Anbringen des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors an einem bewegten Körper, derart, daß der erste und der zweite Beschleunigungssensor in ei ner Ebene im wesentlichen die gleiche Erfassungsrichtung und in dieser Erfassungsrichtung einen gegenseitigen Ab stand aufweisen, und Mittel zum Erfassen der Winkelge schwindigkeit des bewegten Körpers um eine zu der Ebene, auf der der erste und der zweite Beschleunigungssensor angeordnet sind, senkrechten Achse auf der Grundlage der räumlichen Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor und einer Beschleunigungsdifferenz zwischen der vom ersten Beschleunigungssensor und der vom zweiten Beschleunigungssensor erfaßten Beschleunigung um faßt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung erfaßt die Winkelgeschwindigkeitserfassungsvorrichtung eine Winkel geschwindigkeit (ω) des bewegten Körpers gemäß der fol genden Gleichung:

ω = (ΔG/R)^1/2

wobei ΔG eine Beschleunigungsdifferenz und R der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor in der Erfassungsrichtung ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung ein Mittel zum Einstellen des Nullpunkts des Beschleunigungssensors, das während eines Stillstands des bewegten Körpers eine Nullpunkteinstel lung ausführt.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung ein Filtermittel, das aus der von dem ersten und dem zweiten Sensor ermittelten Beschleuni gung ein Hochfrequenzrauschen beseitigt.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung eines beweg ten Körpers, die die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Er fassung der Winkelgeschwindigkeit eines bewegten Körpers und ein Betätigungselement zum Betätigen eines Steuerele mentes, das die Bewegung des bewegten Körpers steuert und dabei auf die erfaßte Winkelgeschwindigkeit der Bewegung des bewegten Körpers zurückgreift, umfaßt. Ein Beispiel einer solchen Bewegung des bewegten Körpers ist durch das Gieren eines Kraftfahrzeugs gegeben. Mit der erfindungs gemäßen Steuervorrichtung kann das Gieren des Kraftfahr zeugs unterdrückt werden.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Neben- und Unteransprüchen, die sich auf be sondere Ausführungsformen beziehen, angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anord nung der an einem bewegten Körper ange brachten Beschleunigungssensoren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2, 3 jeweils Vektordiagramme zur Erläuterung der Beschleunigungsvektor-Analyse gemäß der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläute rung der Winkelgeschwindigkeiten, die von einem herkömmlichen Detektor bzw. von ei nem Detektor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfaßt wurden, und der erfaßten Beschleunigungen;

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Winkelgeschwin digkeitssensors;

Fig. 6 eine graphische Darstellung zur Erläute rung der Beziehung zwischen der Winkelge schwindigkeit und der zu messenden Be schleunigung;

Fig. 7 eine graphische Darstellung zur Erläute rung der jeweiligen Sensorausgabe (Beschleunigung) und der Beschleunigungs differenz;

Fig. 8 ein Blockschaltbild eines Signalverarbei tungsschaltungs-Abschnittes der erfin dungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit;

Fig. 9 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktion zum Setzen eines Verschiebungs wertes;

Fig. 10 eine graphische Darstellung zur Erläute rung einer Beziehung zwischen der Be schleunigungsdifferenz und der Winkelge schwindigkeit;

Fig. 11A-11C jeweils schematische Darstellungen zur Erläuterung der Anordnungen der Beschleu nigungssensoren in einem Kraftfahrzeug;

Fig. 12 eine diagrammartige Darstellung der An ordnung der Beschleunigungssensoren in einer Steuervorrichtung eines Kraftfahr zeugs;

Fig. 13A eine Draufsicht der Steuervorrichtung;

Fig. 13B einen Querschnitt entlang der Linie 13B- 13B von Fig. 13A; und

Fig. 14 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung für ein Kraftfahrzeug.

In Fig. 1 ist ein bewegter Körper 1 gezeigt, dessen Win kelgeschwindigkeit erfaßt werden soll. Der bewegte Körper 1 kann wenigstens in einer x-y-Ebene bewegt werden, wobei die Bewegung eine zur x-y-Ebene parallele Bewegung und eine Drehung oder Umdrehung um eine zur x-y-Ebene senk rechte Achse z umfaßt. Der bewegte Körper 1 wird aufgrund einer in ihm erzeugten Bewegungsenergie oder aufgrund ei ner von außen zugeführten Bewegungsenergie bewegt. Ein Kraftfahrzeug stellt ein repräsentatives Beispiel eines solchen bewegten Körpers 1 dar. Beispielsweise stellen auch ein bewegter Teil eines Kraftfahrzeugs, eines Flug zeugs, einer Videokamera oder dergleichen derartige be wegte Körper dar. Der in Fig. 1 gezeigte bewegte Körper besitzt eine rechteckige Gestalt, damit die Erläuterung der vorliegenden Erfindung vereinfacht werden kann; selbstverständlich kann der bewegte Körper 1 jedoch auch jede andere Gestalt besitzen.

Eine Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit des bewegten Körpers 1 umfaßt einen ersten und einen zweiten Beschleunigungssensor 2 bzw. 3, die entsprechende Erfassungsrichtungen (I) bzw. (II) aufweisen. Der erste und der zweite Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 sind am be wegten Körper 1 an Befestigungspunkten A bzw. B befe stigt. Unter der Annahme, daß der Schwerpunkt 4 des be wegten Körpers 1 das Drehzentrum des bewegten Körpers 1 darstellt, ist der Befestigungspunkt A des ersten Be schleunigungssensors 2 in einem Radius R_a rechts vom Schwerpunkt 4 angeordnet, während der Befestigungspunkt B des zweiten Beschleunigungssensors 3 in einem Radius Rb links vom Schwerpunkt 4 angeordnet ist. Die Befestigungs punkte A und B bilden zur x-Achse die Winkel Ra bzw. Rb. Die Erfassungsrichtungen (I) und (II) der Beschleuni gungssensoren 2 bzw. 3 sind jeweils parallel zur x-Achse.

Die von den Beschleunigungssensoren 2 und 3 erfaßte Be schleunigung des bewegten Körpers 1 stellt die x-Kompo nente der Beschleunigung einer zur x-y-Ebene parallelen Bewegung des bewegten Körpers 1 und die x-Komponente der Beschleunigung aufgrund einer durch die Drehbewegung des bewegten Körpers 1 verursachten Zentrifugalkraft dar. Folglich können die Beschleunigungen G_sa, G_sb, die vom ersten bzw. vom zweiten Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 erfaßt werden, durch die folgenden Gleichungen

G_sa = G_la + G_ya · cos Ra (1)

G_sb = G_lb + G_yb · cos Rb (2)

dargestellt, wobei gilt:
G_la Beschleunigung der Parallelbewegung im Punkt A;
G_lb Beschleunigung der Parallelbewegung im Punkt B;
G_ya Beschleunigung auf Grund der Drehbewegung (Zentrifugalkraft) im Punkt A;
G_yb Beschleunigung auf Grund der Drehbewegung (Zentrifugalkraft) im Punkt B;
G_sa Beschleunigung im Punkt A, die vom Sensor 2 tatsächlich erfaßt wird; und
G_sb Beschleunigung im Punkt B, die vom Sensor 3 tatsächlich erfaßt wird.

Die Gleichungen (1) und (2) werden zum leichteren Ver ständnis in den Fig. 2 und 3 erläutert. Hierbei gilt für die Beschleunigung G_la bzw. G_lb der Parallelbewegung die folgende Beziehung:

G_la = G_lb (3)

Eine Differenz ΔG zwischen der tatsächlich erfaßten Be schleunigung G_sa und der tatsächlich erfaßten Beschleuni gung G_sb an den Punkten A bzw. B ist unter Verwendung der Gleichungen (1), (2) und (3) folgendermaßen gegeben:

ΔG = G_sa - G_sb = G_ya · cos Ra - G_yb · cos Rb (4)

Wenn sich der bewegte Körper dreht, tritt eine Zentrifu galkraft auf. Die Zentrifugalkraft ist durch (Masse)× (Radius)×(Winkelgeschwindigkeit)² gegeben, so daß die Beschleunigung aufgrund der Drehung durch (Radius) (Winkelgeschwindigkeit)² gegeben ist. Daher kann die Drehbeschleunigung an den Punkten A bzw. B folgendermaßen ausgedrückt werden:

G_ya = R_a · ω² (5)

G_yb = R_b · ω² (6)

Wenn die Gleichungen (5) und (6) in Gleichung (4) einge setzt werden, wird Gleichung (4) folgendermaßen umge formt:

ΔG = ω² · (R_a · cos Ra - R_b · cos Rb) (7)

Beide Seiten der Gleichung (7) sind positiv. Aus Glei chung (7) ergibt sich die Winkelgeschwindigkeit ω folgen dermaßen.

ω = [ΔG/(R_a · cos Ra - R_b · cos Rb)]^1/2 (8)

Ein Abstand R auf der x-Achse zwischen dem Punkt A und dem Punkt B ist folgendermaßen gegeben:

R = (R_a · cos Ra - R_b · cos Rb) (9)

wobei die Gleichung (8) folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

ω = (ΔG/R)^1/2 (10)

In den Gleichungen (8) oder (10) sind R_a, R_b, Ra und Rb feste Werte, so daß auch R ein fester Wert ist, der eine räumliche Beziehung zwischen den am bewegten Körper (1) angebrachten ersten und zweiten Beschleunigungssensoren darstellt. Andererseits stellt ΔG eine Differenz zwi schen der erfaßten Beschleunigung vom ersten bzw. vom zweiten Beschleunigungssensor dar, so daß die Winkelge schwindigkeit ω gemäß Gleichung (8) oder (10) auf der Grundlage der räumlichen Beziehung und der erfaßten Be schleunigung berechnet werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der Win kelgeschwindigkeit umfaßt ferner ein Mittel, mit dem der erste und der zweite Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 wie erwähnt in einem gegenseitigen Abstand R am bewegten Kör per 1 so angebracht werden, daß sie die gleiche Erfas sungsrichtung besitzen, und eine Verarbeitungsschaltung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit anhand der Be schleunigungsdifferenz 4G und der räumlichen Beziehung R gemäß Gleichung (8) oder (10).

Die Verarbeitungsschaltung kann von analoger oder digita ler Bauart sein.

Was die räumliche Beziehung zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 betrifft, sollte die Gleichung (9) nicht Null sein. Wenn diese Bedingung erfüllt ist, können für Ra, Rb, R_a und R_b irgendwelche Werte verwendet werden. Für Ra und Rb ist es jedoch vor teilhaft, wenn Ra = 0° und Rb = 180° gilt, was bedeutet, daß der erste und der zweite Beschleunigungssensor 2 bzw. 3 auf einer Linie angeordnet sind; diese räumliche Bezie hung macht den Abstand R maximal. Wenn Rb beispielsweise nahe bei Ra liegt, wird ΔG klein, so daß die Werte von 4G weniger gut unterschieden werden können. Es ist je doch auch in einem solchen Fall möglich, die Winkelge schwindigkeit zu erfassen.

Wenn gilt daß Ra ≠ Rb kann die Winkelgeschwindigkeit selbst dann erfaßt werden, wenn R_a = R_b ist.

In Fig. 4 ist ein Vergleich zwischen den Werten, die ge mäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung bzw. gemäß einem herkömmlichen Verfahren erfaßt wurden, ge zeigt, wobei der erste und der zweite Beschleunigungssen sor in einem Kraftfahrzeug angebracht sind, um die Werte zu erfassen.

In Fig. 4 ist auf der Abszisse die Zeit aufgetragen, wäh rend auf der Ordinate die Beschleunigung und die Winkel geschwindigkeit aufgetragen sind. Als Vergleichsbeispiel wird ein herkömmliches optisches Gyroskop verwendet, das die Winkelgeschwindigkeit direkt erfaßt. Der Vergleich der vom optischen Gyroskop erfaßten Winkelgeschwindigkeit mit der erfindungsgemäß erfaßten Winkelgeschwindigkeit ergibt, daß beide Winkelgeschwindigkeiten ähnliche Werte besitzen.

In Fig. 4 sind ferner die erfaßten Beschleunigungen G_sa und G_sb gezeigt. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die er faßten Beschleunigungen G_sa und G_sb eine kleine Verände rungskomponente besitzen, wobei die kleine Veränderungs komponente der Beschleunigung die Winkelgeschwindigkeit beeinflußt, wodurch Veränderungskomponenten der Winkelge schwindigkeit erzeugt werden. Es ist wünschenswert, diese Veränderungskomponenten zu beseitigen, was durch ein Fil ter wie etwa ein Tiefpaßfilter erreicht werden kann. Wenn auf den Teil 5 der in Fig. 4 gezeigten Beschleunigungsda ten geachtet wird, ist ersichtlich, daß die Beschleuni gung der zur x-y-Ebene parallelen Bewegung schnell geän dert wird. Bei einer solchen schnellen Änderung der Par allelbewegungsbeschleunigung wird jedoch die Differenz ΔG zwischen G_sa und G_sb nicht wesentlich geändert.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 5 die Verarbeitungsschaltung der Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit beschrieben.

Die Verarbeitungsschaltung umfaßt Signalverarbeitungs schaltungen 10, 11 und 12 und eine CPU 13, ein ROM 14 und ein RAM 15. Die CPU 13, das ROM 14 und das RAM 15 bilden einen Computer, wobei die CPU 13 Rechenoperationen aus führt und die Signalverarbeitungsschaltungen 10, 11 und 12 steuert. Ein Programm oder Betriebssystem (OS) zum Ausführen der Operationen ist im ROM 14 gespeichert. Das RAM 15 dient zum Speichern von Arbeitsdaten. Die von der CPU 13 ausgeführte Verarbeitung umfaßt die Berechnung der Gleichung (8) oder (10) und die Verarbeitung zum Steuern der Signalverarbeitungsschaltungen 10, 11 und 12.

Genauer führt die CPU 13 die Verarbeitung der Änderung der Zeitkonstanten der Filter der Signalverarbeitungs schaltungen 10 und 11 und das Aussenden von Steuerbefeh len bezüglich der Zeitkonstanten an die Signalverarbei tungsschaltungen 10 und 11 aus. Ferner führt die CPU 13 eine Verarbeitung zur Nullpunktsverschiebung der Be schleunigungsdifferenz 4G und zum Schicken des Ergebnis ses an die Signalverarbeitungsschaltung 12 aus.

Obwohl die Signalverarbeitungsschaltung 10, 11 und 12 sowohl vom Analogtyp als auch vom Digitaltyp sein können, besitzt die Schaltung 10 die Funktion einer Filterung und Verstärkung der Ausgabe des Beschleunigungssensors 3, ebenso besitzt die Schaltung 11 die Funktion der Filte rung und der Verstärkung der Ausgabe des Beschleunigungs sensors 2. Die Signalverarbeitungsschaltung 12 empfängt die Ausgaben von den Beschleunigungssensoren 2 und 3, filtert beide Ausgaben, erstellt eine Differenz zwischen ihnen und verstärkt diese. Ferner besitzt die Schaltung 12 die Funktion, die Verschiebung der ausgegebenen Diffe renz einzustellen.

Die von den Signalverarbeitungsschaltungen 10, 11 und 12 bewirkte Filterung wird ausgeführt, um kleine Veränderun gen, die bei G_sa und G_sb auftreten und in Fig. 4 gezeigt sind, zu beseitigen. D. h., daß eine Tiefpaßfilterung aus geführt wird. In einem analogen Filter wird die CR-Zeit konstante geändert. In einem später beschriebenen Bei spiel wird hierfür der Widerstand R geändert.

Die Verstärkung wird ausgeführt, um die Ausgaben von den Beschleunigungssensoren 2 und 3 zu verstärken, weil diese Ausgaben zunächst einen sehr geringen Wert besitzen. Dies wird mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 erläutert.

In Fig. 6 ist eine Kennlinie der Ausgangsspannung gegen über der in jedem Beschleunigungssensor zu erfassenden Beschleunigung g gezeigt. Die Kennlinie besitzt einen li nearen Verlauf, wie durch die gerade Linie dargestellt wird. Die Beschleunigungssensoren 2 und 3 besitzen je weils einen Aufbau, derart, daß die Sensorausgaben gleich einer bestimmten Ausgangsspannung V₂ sind, wenn die Be schleunigung g den Wert 0 besitzt. Der Sensor besitzt we gen der Gerichtetheit der Beschleunigung eine Polarität. Die vom Sensor maximal erfaßbare Beschleunigung g ent spricht einer Ausgangsspannung V₁, während die untere Grenze der vom Sensor erfaßbaren Beschleunigung g einer Ausgangsspannung V₃ entspricht.

Die Ausgangsspannungen V₁ V₂ und V₃ eines jeden Be schleunigungssensors 2 bzw. 3 liegen in einem Bereich zwischen einigen Millivolt (mV) bis zu einigen Volt (V). Im Falle einer Ausgabe von einigen Volt ist es nicht not wendig, diese Ausgabe sehr zu verstärken, im Falle von einigen Millivolt ist es jedoch wünschenswert, die Aus gabe wesentlich zu verstärken. Insbesondere ist es erfor derlich, daß die Signalverarbeitungsschaltung 12 eine Verstärkungsfunktion aufweist. Die Schaltung 12 bildet aus den Ausgaben der Beschleunigungssensoren 2 und 3 eine Beschleunigungsdifferenz 4G. Diese Beschleunigungsdiffe renz besitzt einen kleinen Wert. Ein Beispiel für die Be schleunigungsdifferenz ist in Fig. 7, in der ferner Gier geschwindigkeitsbedingungen dargestellt sind, gezeigt. Es wird darauf hingewiesen, daß in Fig. 7 die Werte ΔG₂ und ΔG₃ im Vergleich zu den Beschleunigungen G_sb und G_sa sehr klein sind, während die Werte ΔG₁ und ΔG₄ nicht derart klein sind. Daher ist eine Verstärkung der Diffe renz 4G wünschenswert.

Die Einstellung der Verschiebung durch die Signalverar beitungsschaltung 12 wird ausgeführt, um eine Änderung der Genauigkeit eines jeden Beschleunigungssensors 2 bzw. 3 und die Änderung des Zeitintervalls, um das jede Senso rausgabe verzögert wird, zu korrigieren. Wenn die Kennli nien der Beschleunigungssensoren 2 und 3, wie sie in Fig. 6 gezeigt sind, miteinander übereinstimmen, entsteht kein Problem. Manchmal stimmen diese Kennlinien jedoch nicht überein.

Falls die Beschleunigungssensoren 2 und 3 in einem Kraft fahrzeug angebracht sind, um beispielsweise die Gierge schwindigkeit usw. zu ermitteln, ändern die Beschleuni gungssensoren 2 und 3 ihre Kennlinien während der Lebens dauer des Kraftfahrzeugs, also beispielsweise während 10 Jahren. Eine solche Anderung der Kennlinien tritt wahr scheinlich auf, weil die im Kraftfahrzeug angebrachten Beschleunigungssensoren ständig starken Vibrationen un terworfen sind.

Die Signalverarbeitungsschaltung 12 stellt eine Beschleu nigungsdifferenz 4G entsprechend einem Befehl von der CPU 13 auf einen konstanten Verschiebungswert ein. Die Einstellung dieser Verschiebung wird vorzugsweise während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs ausgeführt, nachdem die Winkelgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erfaßt wor den ist.

Ferner werden die Ausgaben der Beschleunigungssensoren 2 und 3 selbst über die Signalverarbeitungsschaltungen 10 und 11 in die CPU 13 eingegeben. Die Ausgabe, d.h. die erfaßte Beschleunigung, wird für verschiedene Zwecke, beispielsweise für die Erfassung der Giergeschwindig keitsrichtung verwendet, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Gemäß der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung kann eine Winkelgeschwindigkeit des bewegten Körpers 1 mittels Erfassung der Beschleunigungen an verschiedenen Punkten A und B und mittels Berechnung der Winkelge schwindigkeit gemäß Gleichung (8) oder (10) erfaßt wer den. Ferner können erfindungsgemäß Hochfrequenzkomponen ten in den Ausgaben der Beschleunigungssensoren beseitigt und ein Verschiebungswert konstant gehalten werden.

Nun wird mit Bezug auf die Fig. 8 bis 10 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In Fig. 8 ist eine Verarbeitungsschaltung gezeigt, die die analogen Signalverarbeitungsschaltungen 10, 11 und 12 enthält. Die Schaltungen 10, 11 und 12 sind ähnlich den in Fig. 5 gezeigten Schaltungen aufgebaut, jedoch unter scheidet sich die Schaltung 12 von der in Fig. 5 gezeig ten Schaltung dadurch, daß die Ausgaben der Beschleuni gungssensoren 2 und 3 nicht direkt, sondern über die Si gnalverarbeitungsschaltungen 10 und 11 in die Schaltung 12 eingegeben werden. Dieser Aufbau besitzt den Vorteil, daß die Signalverarbeitungsschaltung 12 keine Filterungs funktion enthalten muß.

In Fig. 8 umfaßt die Signalverarbeitungsschaltung 10 ein digitales Potentiometer 11, ein CR-Filter 12 bzw. 13 und einen Operationsverstärker 14. Die Signalverarbeitungs schaltung 11 besitzt den gleichen Aufbau wie die Signal verarbeitungsschaltung 10, d. h. sie umfaßt ein digitales Potentiometer 15, ein CR-Filter 16 bzw. 17 und einen Ope rationsverstärker 18. Die Signalverarbeitungsschaltung 12 umfaßt Widerstände 19 und 20, die als Elemente für einen Potentialteiler dienen, ein digitales Potentiometer 21, Eingangswiderstände 22, 23 und 24, einen Differenzver stärker 25 und einen Rückkopplungswiderstand 26.

Die Widerstandswerte R₁, R₂ und R₃ der digitalen Poten tiometer 11, 15 bzw. 21 können durch die CPU 13 geändert werden. Die Potentiometer 11 und 15 werden zur Anpassung des Widerstandsteils des CR-Filters verwendet, während das Potentiometer 21 dazu verwendet wird, den Verschie bungswert konstant zu halten.

Die Potentiometer 11, 15 und 21 werden jeweils auf die gleiche Weise eingestellt: Wenn ein INC- (Inkrementierungs-)Anschluß auf hohen Pegel gesetzt und ein U/D-Anschluß auf D gesetzt werden, wird der Wider stand des Potentiometers verkleinert. Wenn andererseits der INC-Anschluß auf hohen Pegel und der U/D-Anschluß auf U gesetzt werden, wird der Widerstand des Potentiometers erhöht. Die Befehle H, U und D werden von der CPU 13 aus gegeben.

Die Zeitkonstante des Filters wird durch die Potentiome ter 11 und 15 geändert. Wenn ein Kraftfahrzeug, in dem die Beschleunigungssensoren 2 und 3 angebracht sind, bei spielsweise auf unebener Straße fährt, weisen die Ausga ben der Beschleunigungssensoren 2 und 3 aufgrund von Vi brationen des Kraftfahrzeugs ein aus verschiedenen Fre quenzen bestehendes Rauschen auf. Wenn die CPU 13 derar tige Bedingungen aufnimmt, wird die Änderung der Filter charakteristik dazu verwendet, die Rauschkomponenten zu beseitigen; wenn beispielsweise aufgrund einer unebenen Straße starke Vibrationen auftreten, wird die Zeitkon stante vergrößert, wodurch der Einfluß der vom Kraftfahr zeug verursachten Vibrationen beseitigt wird.

Die in Fig. 8 gezeigten Signalverarbeitungsschaltungen 10 und 11 geben Signale aus, bei denen das in den Ausgaben der Beschleunigungssensoren enthaltene Rauschen beseitigt ist. Diese Signale werden direkt in die CPU 13 eingege ben, damit sie dort weiter verwendet werden können. Fer ner werden diese Signale in die Signalverarbeitungsschal tung 12 eingegeben, die die Differenz zwischen ihnen bil det und diese verstärkt. Die verstärkte Differenz wird in die CPU 13 eingegeben, damit diese die Winkelgeschwindig keit berechnet. Die Schaltung 12 steuert den Verschie bungswert auf einen konstanten Wert ein, so daß das Er gebnis durch Veränderungen in der Genauigkeit der Be schleunigungssensoren 2 und 3 nicht negativ beeinflußt wird.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 9 ein Beispiel einer Steue rung zum Halten des Verschiebungswertes auf einem kon stanten Wert erläutert; in Fig. 9 ist ein Flußdiagramm für eine von der CPU 13 ausgeführte Verarbeitung zum Kon stanthalten eines Verschiebungswertes gezeigt, wobei als Beispiel ein Kraftfahrzeug verwendet wird.

Die Verarbeitung wird durch eine Unterbrechung begonnen. Dann wird zunächst in einem Schritt 30 ein Kanal F auf hohen Pegel gesetzt. Anschließend wird in einem Schritt 31 geprüft, ob ein Anlasser betätigt wird. Wenn der An lasser nicht betätigt wird, wird in einem Schritt 32 ge prüft, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert 0 besitzt. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht 0 ist, kehrt die Verarbeitung zum Ausgangspunkt zurück, weil ein bei be wegtem Fahrzeug ermittelter Wert nicht als Anfangswert verwendet werden kann. Wenn der Anlasser in Betrieb ist und die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert 0 besitzt, wird eine verstärkte Differenzausgabe V_aus der Signalverarbei tungsschaltung 12 im Schritt 33 in die CPU 13 eingelesen. Im Schritt 34 wird geprüft, ob die Differenzausgabe V_aus größer als ein vorgegebener Wert V₀₁ ist. Wenn die Diffe renzausgabe V_aus größer als der vorgegebene Wert V₀₁ ist, wird der Kanal E im Schritt 36 auf niedrigen Pegel ge setzt, ferner wird der Kanal F im Schritt 38 ebenfalls auf niedrigen Pegel gesetzt, wodurch der Widerstand des Potentiometers 21 verkleinert wird. Wenn im Schritt 35 festgestellt wird, daß die verstärkte Differenzausgabe V_aus kleiner als ein vorgegebener Wert V₀₂ ist, der wie derum kleiner als der Wert V₀₁ ist (V₀₁ < V₀₂), wird der Widerstand des Potentiometers 21 erhöht, indem der Kanal E im Schritt 37 auf hohen Pegel und der Kanal F im Schritt 39 auf niedrigen Pegel gesetzt werden. Wenn im Schritt 35 festgestellt wird, daß die verstärkte Diffe renzausgabe V_aus nicht kleiner als der vorgegebene Wert V₀₂ ist, d. h. wenn gilt, daß V₀₂ V_aus V₀₁, wird ange nommen, daß der Verschiebungswert geeignet ist, so daß die Verschiebungswertsteuerung damit abgeschlossen ist.

Eine Abnahme des Widerstandes des Potentiometers 21 in den Schritten 36 und 38 oder eine Zunahme des Widerstan des in den Schritten 37 und 39 wird zu jedem Unterbre chungszeitpunkt, beispielsweise nach jeweils 10 ms, wie derholt, bis die Bedingung V₀₂ V_aus V₀₁ erfüllt ist. In diesem Fall nimmt U/D zwei Werte, "niedrig" und "hoch", an. Damit U/D mit Fig. 8 übereinstimmt, bedeutet "U" niedrigen Pegel und "D" hohen Pegel.

Wenn V₀₁-V₀₂ = ε (zulässiger Fehler) ist, gibt der Wert von ε die Größe des Fehlers in der verstärkten Differenz ausgabe an. D. h. je größer der Wert ε, desto größer der Fehler.

Die Rechenoperation für die Gleichung (8) oder (10) wird nicht beschrieben. Die Gleichung (8) oder (10) kann ent weder direkt berechnet werden, oder es wird eine Bezie hung zwischen der Beschleunigungsdifferenz 4G und einer entsprechenden Winkelgeschwindigkeit in einer Tabelle ge speichert, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist, so daß eine entsprechend Winkelgeschwindigkeit ω_i aus ΔG_i erhalten werden kann.

In den Fig. 11A, 11B und 11C sind Beispiele gezeigt, in denen Beschleunigungssensoren in einem Kraftfahrzeug an gebracht sind. In jedem Beispiel sind zwei Paare von Be schleunigungssensoren vorgesehen. In Fig. 11A sind Be schleunigungssensoren A₁ und B₁ in einem vorderen bzw. einem hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angebracht. Die Beschleunigungssensoren A₂ und B₂ sind im Bodenbereich bzw. im Dachbereich des Kraftfahrzeugs angebracht. Jedes Paar von Beschleunigungssensoren A₁ und B₁ bzw. A₂ und B₂ kann eine Nickschwingungsgeschwindigkeit des Kraftfahr zeugs erfassen. Unter der Annahme, daß eine Vor wärts/Rückwärts-Richtung des Kraftfahrzeugs die x-Rich tung in einer x-y-Ebene parallel zum Boden ist, bedeutet die Nickschwingung eine Drehung der Karosserie um die zur x-Achse senkrechte y-Achse.

Zur Berechnung der Nickschwingungsgeschwindigkeit wird zwischen den Ausgaben der Beschleunigungssensoren A₁ und B₁ eine Differenz erfaßt, woraufhin aufgrund dieser Dif ferenz und einem Abstand zwischen den Beschleunigungssen soren A₁ und B₁ die Nickschwingungsgeschwindigkeit be rechnet wird. Auf ähnliche Weise kann die Nickschwin gungsgeschwindigkeit auch unter Verwendung einer Ausgabe differenz der Beschleunigungssensoren A₂ und B₂ und dem räumlichen Abstand zwischen den Beschleunigungssensoren A₂ und B₂ gemäß Gleichung (8) oder (10) erhalten werden.

In Fig. 11B ist ein Beispiel für die Anordnung eines Paars von Beschleunigungssensoren A₁ und B₁ und eines weiteren Paars von Beschleunigungssensoren A₃ und B₃ ge zeigt, mit der eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahr zeugs erhalten wird. Jedes Paar von Sensoren A₁ und B₁ bzw. A₃ und B₃ kann eine Giergeschwindigkeit erfassen. In Fig. 11B sind die Sensoren A₃ und B₃ an den jeweiligen Seiten des Kraftfahrzeugs angebracht. Die Giergeschwin digkeit bedeutet eine Winkelgeschwindigkeit um die zur x- y-Ebene senkrechte z-Achse, wobei die x-y-Ebene wie oben parallel zum Boden orientiert ist. Das Verfahren zur Be rechnung oder Gewinnung der Giergeschwindigkeit gleicht dem Verfahren zur Gewinnung der Nickschwingungsgeschwin digkeit.

In Fig. 11C ist ein Beispiel für die Anordnung von Be schleunigungssensoren zur Gewinnung einer Rollgeschwin digkeit gezeigt. Die Beschleunigungssensoren A₂ und B₂ sind ähnlich wie die Sensoren A₂ und B₂ in Fig. 11A ange ordnet. D. h., daß sie im Bodenbereich und im Dachbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sind, so daß die Erfas sungsrichtung für die Beschleunigung vertikal orientiert ist. Ein weiteres Paar von Beschleunigungssensoren A₃ und B₃ ist ähnlich wie das Paar A₃ und B₃ in Fig. 11B ange ordnet, d. h., daß sie an den jeweiligen Seiten des Kraft fahrzeugs angebracht sind, derart, daß die Beschleuni gungserfassungsrichtungen einander gleich sind. Jedes Paar von Beschleunigungssensoren kann eine Rollgeschwin digkeit erfassen. Die Rollgeschwindigkeit ist eine Win kelgeschwindigkeit um die x-Achse, die parallel zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientiert ist. Die Re chenoperation zur Gewinnung der Winkelgeschwindigkeit, d. h. die Rollgeschwindigkeit um die x-Achse wird gemäß Gleichung (8) oder (10) ausgeführt.

In einem Kraftfahrzeug sollten die Beschleunigungssenso ren nicht an bewegten Teilen wie etwa an Türen angebracht werden, weil die Erfassungsrichtung aufgrund zeitverzö gerter Änderungen und einer Änderung der Anbringungsposi tionen der Beschleunigungssensoren nicht konstant wäre. Es ist wünschenswert, die Beschleunigungssensoren am Rah men des Kraftfahrzeugs anzubringen.

In Fig. 12 ist ein Beispiel gezeigt, in dem die Beschleu nigungssensoren 2 und 3 an einer Steuervorrichtung eines Kraftfahrzeugs 1 angebracht sind. Hierbei ist die Steuer vorrichtung durch irgendeine Steuervorrichtung wie etwa eine Kraftstoffsteuerung, eine Zündsteuerung, eine auto matische Geschwindigkeitssteuerung und dergleichen gege ben. In Fig. 12 umfaßt die Steuervorrichtung 40 eine (gedruckte) Leiterplatte 41, die horizontal an einem Teil des Kraftfahrzeugs, etwa an einem Teil des Frontabschnit tes des Kraftfahrzeugs angebracht ist. Wie in den Fig. 13a und 13b gezeigt, umfaßt die Steuerung 40 die Leiter platte 41, ein die Leiterplatte 41 umgebendes Außenge häuse 40A, das die Leiterplatte vor äußeren mechanischen Einwirkungen schützt, und eine Verbindung für eine äußere Schnittstelle. Die Leiterplatte 41 umfaßt verschiedene Arten von integrierten Schaltungen, etwa LSI-Elementen, die darauf angebracht sind. Die Beschleunigungssensoren 2 und 3 sind in gegenseitigem Abstand auf der Leiterplatte so angebracht, daß der Abstand zwischen den Sensoren 2 und 3 nicht den größtmöglichen Wert besitzt.

In dieser Anordnung der Beschleunigungssensoren 2 und 3 liegt der Winkel Ra im Vergleich zu demjenigen in Fig. 1 verhältnismäßig nahe beim Winkel Rb. Daher ist eine Aus gabedifferenz zwischen den Beschleunigungssensoren 2 und 3, die für die Berechnung der Winkelgeschwindigkeit ver wendet wird, klein, so daß vorzugsweise ein Verstärker mittel vorgesehen wird.

Nun wird mit Bezug auf Fig. 14 eine Steuervorrichtung, die die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit verwendet, im einzelnen beschrie ben.

Steuerungen, die die Giergeschwindigkeit verwenden, sind etwa durch eine Antiblockier-Bremskraftsteuerung oder durch eine Vierradlenkungs-Steuerung gegeben. Die Anti blockier-Bremskraftsteuerung verhindert ein Blockieren der Räder und unterdrückt das Auftreten eines vom Fahrer nicht beabsichtigten Gierens, indem die Steuerung auf eine erfaßte Giergeschwindigkeit zurückgreift. Die Vor richtung zur Vierradlenkungs-Steuerung steuert die Hin terräder eines Kraftfahrzeugs, derart, daß eine erfaßte Giergeschwindigkeit einen Zielwert erreicht. Die Steuer vorrichtung ist in Fig. 14 gezeigt und umfaßt einen Steu erabschnitt 43, der einen Steuerungseingabe-Berechnungs teil 44 und einen Giergeschwindigkeits-Berechnungsteil 45 aufweist, und ein Betätigungselement 46. In dieser Steu ervorrichtung geben die an einer Fahrzeugkarosserie 47 angebrachten (nicht gezeigten) Beschleunigungssensoren Beschleunigungsausgaben G_sa und G_sb aus, die auf diese Weise erfaßt werden. Die Beschleunigungsausgaben G_sa und G_sb werden in den Giergeschwindigkeits-Berechnungsteil 45 eingegeben, damit die Giergeschwindigkeit der Fahrzeugka rosserie berechnet werden kann. Die Giergeschwindigkeit wird mit einer Ziel-Giergeschwindigkeit verglichen, um einen Unterschied festzustellen. Der Steuerungseingabe- Berechnungsteil 44 berechnet eine Steuerungseingabe gemäß diesem Unterschied und gibt eine Steuerungseingabe aus. Das Betätigungselement 46 betätigt in der Antiblockier- Bremskraftsteuerungsvorrichtung entsprechend der Steue rungseingabe vom Steuerungseingabe-Berechnungsteil 44 die Bremsen, während er in der Vierradlenkungs-Steuerungsvor richtung die Hinterräder entsprechend einschlägt, um die Bewegung der Fahrzeugkarosserie zu steuern. Dieser Vor gang wird wiederholt, wobei die Giergeschwindigkeit die Ziel-Giergeschwindigkeit erreicht.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Beschleunigungssenso ren 2 und 3 an einem bewegten Körper 1 ermöglicht die Er fassung einer Beschleunigung des bewegten Körpers 1 in einer bestimmten Richtung, die von der Richtung der Win kelgeschwindigkeit verschieden ist.

Dies wird mit Bezug auf Fig. 1 erläutert. Hierbei wird die Beschleunigung einer zur x-y-Ebene parallelen Bewe gung des bewegten Körpers 1 in dessen Schwerpunkt mit ho her Genauigkeit erhalten. Die Beschleunigung im Schwer punkt werde durch G_c dargestellt. Dann ist G_c folgender maßen gegeben:

G_c = G_la = G_lb (11)

Dann kann diese Beschleunigung durch Umformung von Glei chung (11) unter Verwendung von Gleichung (1) folgender maßen dargestellt werden:

G_c = G_sa - G_ya · cos Ra (12)

Hierbei ist G_ya = R_a · ω². Die Gleichung (12) kann unter Verwendung von Gleichung (4) und Gleichung (8) folgender maßen umgeformt werden:

G_c = G_sa - [(G_sa - G_sb) · R_a · cos R]/[R_a · cos Ra - R_b · cos Rb] (13)

Gleichung (13) kann folgendermaßen vereinfacht werden:

G_c = [R_a · G_sb · cos Ra - R_b · G_sb · cos Rb]/[R_a · cos Ra - R_b · cos Rb] (14)

Gemäß Gleichung (14) wird die Beschleunigung aufgrund der Zentrifugalkraft der Drehbewegung des bewegten Körpers aufgehoben, so daß im Schwerpunkt 4 eine parallele Be schleunigung erhalten wird.

Die obenerwähnten Signalverarbeitungsschaltungen sind von analoger Bauart, es können jedoch für den gleichen Zweck auch digitale Schaltungen verwendet werden. Für die Fil terelemente und Verstärker können ebenfalls digitale Fil ter und Verstärker verwendet werden.

Für den Computer kann ein digitaler Signalprozessor ver wendet werden.

Es kann entweder eine Korrektur des Verschiebungswertes der Beschleunigungsdifferenz, d. h. eine Nullpunkteinstel lung der Beschleunigungsdifferenz ausgeführt werden; es kann jedoch auch eine Nullpunkteinstellung der Ausgabe eines jeden Beschleunigungssensors ausgeführt werden.

Ein typisches Beispiel eines die Erfindung betreffenden bewegten Körpers stellt ein Kraftfahrzeug dar, ein wei teres von vielen Beispielen ist durch eine Videokamera gegeben. Die Videokamera wird durch die sie tragende Hand geschüttelt. Die Winkelgeschwindigkeit der Schüttelbewe gung der Videokamera durch die Hand kann erfaßt werden. In der obigen Ausführungsform der Erfindung sind zwei Be schleunigungssensoren in derselben Erfassungsrichtung an geordnet. Selbst wenn jedoch die Beschleunigungssensoren in etwas unterschiedlichen Richtungen angeordnet sind, kann eine Winkelgeschwindigkeit erfaßt werden.

Die erfaßte Winkelgeschwindigkeit kann zur Steuerung ei ner Traktionssteuerung, die von einer Antiblockier-Brems kraftsteuerung verschieden ist, und für eine Vierradlen kungs-Steuerung verwendet werden.

Erfindungsgemäß sind wenigstens zwei Beschleunigungssen soren an einem bewegten Körper angebracht, wodurch eine parallele Beschleunigung bei einer zum Boden parallelen Bewegung des bewegten Körpers gemessen werden kann, wobei die Bewegung eine Drehbewegung und eine Translationsbewe gung enthält. Ferner kann eine Winkelgeschwindigkeit ohne Beeinflussung durch die translatorische Beschleunigung gemessen werden.

Die für die Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwin digkeit verwendeten Beschleunigungssensoren besitzen im Vergleich zu einem herkömmlichen optischen Gyroskop, ei nem Vibrationsgyroskop und dergleichen einen sehr einfa chen Aufbau (z. B. von kontaktloser Bauart), so daß die Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit bei niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Der Beschleunigungssensor selbst besitzt kleinere Abmes sungen als andere Winkelgeschwindigkeitssensoren, so daß der Beschleunigungssensor leicht in einer Hand-Videoka mera eingebaut werden kann, um so die Winkelgeschwindig keit des Schüttelns der Kamera durch die Hand erfassen zu können.

Während eines Stillstands des zu messenden bewegten Kör pers wird die Nullpunkteinstellung der Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit ausgeführt, so daß selbst bei einer Verschiebung, die durch eine Änderung der Verzögerungszeit der Beschleunigungssensoren verur sacht wird, eine genaue Winkelgeschwindigkeit gemessen werden kann, ohne von der Verschiebung beeinflußt zu wer den.

Ferner wird eine Differenz der Ausgangsspannung der Be schleunigungssensoren verstärkt, wodurch die Genauigkeit der erfaßten Winkelgeschwindigkeit selbst dann erhöht werden kann, wenn die Vorrichtung bei einer A/D-Umsetzung eine begrenzte Auflösung besitzt.

Eine Differenz zwischen den Ausgaben der Beschleunigungs sensoren wird nach der Filterung durch hardwaremäßige oder softwaremäßige Filter berechnet, so daß die berech nete Winkelgeschwindigkeit von einem Hochfrequenzrauschen nicht beeinflußt werden kann.

Indem die Zeitkonstante in den obenerwähnten Filtern va riabel gemacht wird, kann eine Schwankung der Ausgabe der Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit unter schlechten Bedingungen, bei denen etwa die Vorrichtung in einem auf unebener Straße fahrenden Kraftfahrzeug ange bracht ist, unterdrückt werden.

Wenn ferner die Beschleunigungssensoren für die Vorrich tung zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit in einer in einem Kraftfahrzeug angebrachten Steuervorrichtung wie etwa einer Antiblockier-Bremskraftsteuerungsvorrichtung oder einer Vierradlenkungs-Steuerungsvorrichtung einge baut sind, können Kabelstränge weggelassen werden, ferner kann ein in die Vorrichtung eindringendes elektromagneti sches Rauschen verringert werden.

Wenn die Vorrichtung zur Erfassung der Winkelgeschwindig keit für eine Rückkopplungssteuerung des Gierens des Kraftfahrzeugs verwendet wird, kann die Sicherheit des Kraftfahrzeugs, d. h. die Lenksicherheit erhöht werden.

Wenn ferner die Beschleunigungssensoren in einer Ebene parallel zum Boden des Kraftfahrzeugs eingebaut werden und die zwei Beschleunigungssensoren im vorderen und im hinteren Teil des Kraftfahrzeugs in einer Linie zueinan der oder zur Längsrichtung seitlich versetzt eingebaut werden, können sowohl die Schwerpunktsbeschleunigung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung des Kraftfahrzeugs bzw. die Schwerpunktsbeschleunigung in seitlicher Richtung, also die Querbeschleunigung des Kraftfahrzeugs, als auch die Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs gleichzeitig erfaßt werden.

Ferner kann anhand einer vorgeschriebenen Funktion der Ausgaben der an einem bewegten Körper angebrachten zwei Beschleunigungssensoren, die der Kompensation einer Be schleunigungskomponente in Richtung der Zentrifugalkraft dient, eine zum Boden parallele Beschleunigungskomponente des bewegten Körpers genau erfaßt werden.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelgeschwin digkeit eines bewegten Körpers (1), gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Beschleunigungs sensor (2, 3), die jeweils eine Erfassungsrichtung besit zen;
Mittel zum Anbringen des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) am bewegten Körper (1), derart, daß der erste und der zweite Beschleunigungssen sor (2, 3) in einer Ebene im wesentlichen die gleiche Er fassungsrichtung besitzen und in einem gegenseitigen Ab stand in der Erfassungsrichtung angeordnet sind; und
ein Mittel (10 bis 15) zum Erfassen der Winkelge schwindigkeit des bewegten Körpers (1) um eine Achse, die zu der Ebene, in der der erste und der zweite Beschleuni gungssensor (2, 3) angeordnet sind, senkrecht orientiert ist, wobei die Erfassung auf der Grundlage der Ausgaben des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) und einer räumlichen Beziehung zwischen diesen ausgeführt wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel (10 bis 15) zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit die Winkelgeschwindigkeit (ω) des bewegten Körpers (1) gemäß der Gleichung ω = (ΔG/R)^1/2berechnet, wobei ΔG eine Differenz zwischen der vom er sten Beschleunigungssensor (2) erfaßten Beschleunigung und der vom zweiten Beschleunigungssensor (3) erfaßten Beschleunigung und R der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor (2, 3) in Beschleuni gungsrichtung ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel (10 bis 15) zum Erfassen der Winkelgeschwindigkeit eine Korrektureinrichtung zur Ein stellung des Nullpunkts der Differenz zwischen den Ausga ben vom ersten und vom zweiten Beschleunigungssensor (2, 3) aufweist, wobei die Nullpunktseinstellung von der Kor rektureinrichtung während eines Stillstands des bewegten Körpers (1) ausgeführt wird.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel (10 bis 15) zur Erfassung der Winkelgeschwindigkeit eine Filtereinrichtung (16, 17) zum Ausführen einer Tiefpaßfilterung der Ausgabe sowohl des ersten als auch des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) und eine Einrichtung (25) zur Berechnung einer Differenz zwischen den Ausgaben, die die Filtereinrichtung (16, 17) durchlaufen haben, umfaßt.

5. Vorrichtung zur Erfassung einer Winkelgeschwin digkeit eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Beschleunigungs sensor (2, 3), die jeweils eine Erfassungsrichtung besit zen;
Mittel zum Anbringen des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) an der Fahrzeugkarosserie (1) des Kraftfahrzeugs, derart, daß sie in einer zum Bo den des Kraftfahrzeugs im wesentlichen parallelen Ebene angeordnet werden, wobei die Erfassungsrichtungen der beiden Sensoren (2, 3) im wesentlichen übereinstimmen und der erste Beschleunigungssensor (2) vom zweiten Beschleu nigungssensor (3) getrennt ist, um in der Erfassungsrich tung einen gegenseitigen Abstand (R) zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor (2, 3) zu schaffen; und
ein Mittel (10 bis 15) zur Erfassung einer Win kelgeschwindigkeit (ω) der Bewegung des Kraftfahrzeugs um eine zu der Ebene senkrechte Achse auf der Grundlage ei ner Differenz (ΔG) zwischen den Ausgaben vom ersten (2) und vom zweiten (3) Sensor und dem Abstand (R) gemäß der Beziehung ω = (ΔG/R)^1/2.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Beschleunigungs sensor (2, 3) in einem vorderen bzw. in einem hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs angebracht sind.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die erfaßte Winkelgeschwindigkeit eine Giergeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs ist und der erste und der zweite Beschleunigungssensor (2, 3) in einem vor deren Bereich bzw. in einem hinteren Bereich des Kraft fahrzeugs angebracht sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Nullpunkt-Einstelleinrichtung (12) vorgesehen ist, um die Differenz zwischen den Ausgaben des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) während eines Stillstands des Kraftfahrzeugs auf Null einzustellen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel (10 bis 15) zur Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit eine Einrichtung (16, 17) zum Fil tern der Ausgaben vom ersten und vom zweiten Beschleuni gungssensor (2, 3) umfaßt, um nur die Niederfrequenzkom ponenten der Ausgaben durchzulassen.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, daß die Frequenzcharakteristik der Filterungs einrichtung (16, 17) anhand der Bedingungen, unter denen das Kraftfahrzeug bewegt wird, veränderbar ist.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der erste und der zweite Beschleunigungs sensor (2, 3) auf dem Trägersubstrat einer Steuervorrich tung angebracht sind.

12. Vorrichtung zur Erfassung einer physikalischen Größe der Bewegung eines bewegten Körpers (1), wobei die Bewegung eine zu einer Ebene parallele Bewegung und eine Drehbewegung um eine zu dieser Ebene senkrechte Achse um faßt, gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Beschleunigungs sensor (2, 3), die jeweils eine Erfassungsrichtung besit zen;
Mittel zum Anbringen des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) am bewegten Körper (1), derart, daß die Beschleunigungssensoren in der Ebene in einem gegenseitigen Abstand (R) in Erfassungsrichtung an geordnet werden; und
ein Mittel (10 bis 15) zum Berechnen einer physi kalischen Größe, die entweder die Winkelgeschwindigkeit der Drehbewegung oder die Beschleunigung der parallelen Bewegung des bewegten Körpers (1) darstellt, wobei die Berechnung auf der Grundlage einer Differenz zwischen den Ausgaben des ersten und des zweiten Beschleunigungssen sors (2, 3) und des Abstandes (R) zwischen dem ersten und dem zweiten Beschleunigungssensor (2, 3) in Erfassungs richtung ausgeführt wird.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß das Mittel (10 bis 15) zur Erfassung einer physikalischen Größe eine Filtereinrichtung (16, 17) zum Filtern der Ausgaben vom ersten und vom zweiten Beschleu nigungssensor (2, 3) umfaßt.

14. Vorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekenn zeichnet, daß die berechnete Beschleunigung die Beschleu nigung der parallelen Bewegung des bewegten Körpers (1) in dessen Schwerpunkt ist.

15. Steuervorrichtung zur Steuerung der Bewegung ei nes bewegten Körpers (1) , gekennzeichnet durch
einen ersten und einen zweiten Beschleunigungs sensor (2, 3), die jeweils eine Erfassungsrichtung besit zen und eine der erfaßten Beschleunigung entsprechende Ausgabe ausgeben;
Mittel zum Befestigen des ersten und des zweiten Beschleunigungssensors (2, 3) am bewegten Körper (1), derart, daß sie in einer Ebene des bewegten Körpers (1) in einem gegenseitigen Abstand in der Erfassungsrichtung angeordnet werden;
ein Mittel (10 bis 15) zum Erfassen einer Winkel geschwindigkeit (ω) des bewegten Körpers (1) um eine zu der Ebene des bewegten Körpers (1) senkrechte Achse gemäß der Beziehung ω = (ΔG/R)^1/2, wobei ΔG die Differenz zwi schen den Ausgaben vom ersten und vom zweiten Beschleuni gungssensor (2, 3) ist;
eine Vergleichseinrichtung (13) zum Vergleichen einer Ziel-Winkelgeschwindigkeit des bewegten Körpers (1) mit der erfaßten Winkelgeschwindigkeit, um eine Differenz zu erzeugen;
ein Mittel (44) zum Erzeugen einer der Differenz zwischen der Ziel-Winkelgeschwindigkeit und der erfaßten Winkelgeschwindigkeit entsprechenden Steuerungsangabe; und
ein Betätigungselement (46), das am bewegten Kör per (1) angebracht ist, um aufgrund der Steuerungseingabe ein Steuerelement so zu betätigen, daß sich die Winkelge schwindigkeit des bewegten Körpers (1) dem Zielwert annä hert.